Date : Vendredi 4 Mai 2018 MQ42 Mécanique générale et vibratoire Examen : Médian NOM : Prénom : Né(e) le : Niveau : Consignes Aucun document autorisé Calculatrice autorisée Smartphones, téléphones, tablettes interdits. Le sujet est composé de trois parties indépendantes. La lecture du sujet est évaluée à 10 minutes. Les réponses se feront uniquement sur les feuilles du sujet. Département GMC 1/8 Printemps 2018
1. QCM concernant le cours (40 minutes) Instructions Il n y a qu une seule bonne réponse par question Une réponse juste = 2 points Une réponse fausse = -1 point Aucune réponse = 0 point 1) Un mouvement harmonique est caractérisé par trois éléments. Lesquels? a. Son amplitude, sa pulsation et sa phase. b. Son déplacement, sa vitesse et son accélération. c. Sa vitesse, sa pulsation et son amplitude. d. Sa phase, sa fréquence et sa pulsation. 2) Quelle est l unité vibratoire usuelle d une accélération? a. mm/s² b. m/s c. g d. µm/s² 3) Quel type de modélisation est adoptée dans ce cours? a. Une approche continue. b. Une approche discrète. c. Une approche multi-physique. d. Une approche à pas feutrés. 4) Laquelle de ces phrases est INCORRECTE a. L amortissement critique donne le retour à l équilibre le plus rapide. b. La réponse libre d un système permet de déterminer le facteur d amortissement. c. Une structure continue possède une centaine de modes propres. d. Toute structure peut être discrétisée. 5) Les fréquences de résonance d une poutre continue linéaire dépendent : a. Des conditions aux limites. b. Du niveau d excitation de la structure. c. De la gravité. d. De l opérateur. Département GMC 2/8 Printemps 2018
6) Un vélocimètre indique qu une structure vibre harmoniquement à 60 Hz avec une amplitude de vitesse de 100 mm/s. L amplitude de l accélération est égale à a. 0.61 g b. 6.00 g c. 37.68 g d. 3.84 g En considérant la masse m concentrée au centre de la barre de longueur 2L. La masse de la barre est négligeable. La pulsation naturelle du système ci-dessous est égale à 7) a. k 2m b. c. d. k m 2k m 4k m Le disque de masse m, de rayon R et de moment d inertie au centre I O = m.r2 2, roule sans glisser. La fréquence naturelle du système ci-dessous est égale à O 8) a. b. c. d. 1 3k 2π 2m 1 2k 2π 3m 1 2π k m 1 2π 2k m Département GMC 3/8 Printemps 2018
L assemblage ci-dessous est constitué de deux barres sans masse de longueur L et de deux masses concentrées m. L oscillation se fait autour d un axe perpendiculaire à la feuille. La pulsation naturelle de cet assemblage est Axe de rotation g 9) a. b. c. d. g L 2g (Lcosα) g (Lcosα) (gcosα) L 2. Modèle équivalent et mise en équation (50 minutes) 2.1. Géométrie du système initial Un balancier (ABC) de masse M et de moment d inertie IG= M.(a+c)2, donné au centre de 12 gravité G, supporte un système à deux masses, m1 et m2. Le balancier est contraint par deux ressorts de traction-compression, Ka et Kb et un ressort de torsion KO. Comme le montre la Figure 1, un effort extérieur FB est appliqué au point B. Le balancier est considéré comme une poutre droite homogène. Figure 1 : Géométrie du système initial Département GMC 4/8 Printemps 2018
2.2. Etude analytique 2.2.1. Quelle hypothèse doit-on poser pour permettre la mise en équation du système? 2.2.2. Combien d équations de mouvement sont nécessaires pour décrire l intégralité des mouvements du système? Justifier la réponse. 2.2.3. Paramétrer le système initial directement sur la Figure 1. 2.2.4. Choisir les degrés de liberté équivalents et tracer le schéma du système équivalent. 2.2.5. Isoler chaque élément dans les deux systèmes et donner leur équation d équilibre. Département GMC 5/8 Printemps 2018
2.2.6. Transformer les variables pour faire apparaitre les degrés de liberté du système équivalent. 2.2.7. Comparer les équations de mouvement obtenues pour en extraire les paramètres équivalents du système. Département GMC 6/8 Printemps 2018
2.2.8. Donner les équations sous forme réorganisée puis sous forme matricielle. 3. Modélisation d un avion à l atterrissage (20 minutes) 3.1. Hypothèses de travail Dans le cadre du développement d un outil de dimensionnement des suspensions d un avion de tourisme, nous souhaitons développer un modèle discret de l appareil lors de la phase d atterrissage. Le modèle doit être représentatif de la signature vibratoire de la structure réelle. Comme montré en Figure 2 et en Figure 3, il s agit d un avion monoplan à hélice. Figure 2 : Vue latérale d un avion de tourisme à l atterrissage Figure 3 : Vue de face d un avion de tourisme à l atterrissage Par ailleurs, la piste d atterrissage a un profil qui peut être modélisé par une onde sinusoïdale dont la longueur d onde est de 30m et d amplitude Y0 égale à égale à 0.05m. On suppose que l avion atterrit à la vitesse de 326 km/h et qu il reste en contact avec la pise. 3.2. Développement du modèle 3.2.1. A partir des informations données en section 3.1, donner la forme du déplacement dû au profil de la piste. Département GMC 7/8 Printemps 2018
3.2.2. En justifiant vos choix de conception, indiquer le nombre de degrés de liberté du système et le nombre d équations nécessaire pour décrire le mouvement du système. 3.2.3. Donner le schéma de la modélisation que vous avez choisie Département GMC 8/8 Printemps 2018